Изучение газового термометра постоянного объёма

ПРОВЕРКА ТЕМПЕРАТУРНОЙ ШКАЛЫ КЕЛЬВИНА

 

Цель работы: определение коэффициента термического давления воздуха с использованием закона Шарля.

 

Схема и описание лабораторной установки

 

Лабораторная установка (Рис.1 и Рис.2) состоит из герметичной теплоизолированной ёмкости 1, внутри которой размещён электрический нагреватель 2, ХК термопара 3. Нагрев воздуха, находящегося в ёмкости происходит при постоянном объёме. При этом давление измеряется водяным U – манометром 4 с герметизированным коленом 5. Температура воздуха в ёмкости измеряется термопарой 3, соединённой с измерителем температуры 6 типа 2ТРМО. Электропитание к нагревателю подводится от источника питания 7.

На передней панели 10 (Рис. 1) установки находится тумблер 11 электропитания «СЕТЬ», тумблер 11 включения компрессора, регулируемый источник питания постоянного тока 13, U – манометр 4 с герметизированным правым коленом, двухканальный измеритель температуры 14, подключённый к хромель-копелевой термопаре.

Порядок проведения эксперимента.

1. Повернуть ручки кранов К ₁ и К₂ в положение «ЗАКРЫТО».

2. Включить тумблером 11 питание установки.

3. Включить измеритель температуры 14.

4. Тщательно по нижней точке мениска уровня жидкости в закрытом и соединённым с ёмкостью на колене манометра отсчитать величины H₁ и h₁ и снять показания измерителя температуры t₁.

5. Повернуть против часовой стрелки до упора ручки регулировки напряжения источника питания 13.

6. Включить источник питания кнопкой 16.

7. Подключить к гнёздам 8 мультиметр для измерения подаваемого на нагреватель напряжения.

8. Переключить тумблер 15 в положение (Uн).

9. Установить первое значение напряжения Uн = 18В на источнике питания 13 поворотом ручки регулировки по часовой стрелке.

10. После достижения стационарного режима (t₂ = const) тщательно по нижней точке мениска уровня жидкости в закрытом и соединённым с ёмкостью на колене манометра, отсчитать величины H₂ и h₂ и снять показания измерителя температуры t₂.

 

Рис. 1 Схема экспериментальной Рис. 2 Схема рабочего участка

установки.

 

Внимание! Для достижения стационарного состояния при t ₂ необходимо постоянное ручное регулирование подводимой электрической мощности с помощью ручек регулировки источника питания.

11.Опыт можно провести для нескольких состояний (t₁ = const, t₂ = const,
t₃ = const).

При этом на источнике питания последовательно устанавливается ряд напряжений начиная с 8 В (8В, 10В, 12В).

12. Для подготовки следующей серии опытов необходимо охладить ёмкость 1. Для этого необходимо открыть краны К ₁ и К₂ и включить компрессор 9 тумблером 12.

 

Расчётные формулы.

 

Процесс нагрева воздуха в ёмкости с постоянным объёмом можно описать законом Шарля. Для двух состояний газа запишем

p₁ = p_O (1 + a t₁); p₂ = p_O (1 + a t₂), (1)

где: р₁ и р₂ – давление воздуха в ёмкости в первом и втором термодинамическом состоянии; р_О – давление воздуха пари нормальных условиях; - температурный коэффициент давления.

Из соотношений (1), исключая p_O, получим выражение для термического коэффициента давления

 

. (2)

 

Для указанных двух состояний, величины давлений воздуха в ёмкости можно определить по положению мениска в герметизированном колене манометра Н₁ и Н₂. При этом предполагается, что уровень жидкости в герметизированном колене манометра ниже на 4-5 см, чем уровень в колене, соединённым с ёмкостью. На основании этого можно записать

 

p₁ = p^/₁ - r g H₁; p₂ = p^/₂ - r g H₂, (3)

 

где p^/₁ и p^/₂ – давление воздуха в закрытом колене манометра;

H₁ и H₂ – разность уровней воды (или масла) в манометре;

r – плотность воды (или масла);

g – ускорение силы тяжести.

Для воздуха, находящегося в закрытом колене манометра при постоянной температуре в лаборатории можно применить закон Бойля-Мариотта, который для наших двух состояний запишется в виде

 

p^/₁ h₁ = p^/₂ h₂ ,(4)

 

где h₁ и h₂ – высота столба воздуха в закрытом колене манометра в первом и втором состоянии соответственно.

Из уравнений (1), (3) и (4) можно определить температурный коэффициент давления

 

. (5)

 

Если пренебречь первым слагаемым, то из (5) следует

 

 

. (6)

 

Содержание отсчета

 

В отчет должны быть включены:

1) схема и описание лабораторной установки;

2) порядок проведения работы, основные теоретические положения;

3) таблица наблюдений и расчетные данные;

4) ответы на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы.

 

1. О чем говорит закон?

2. В чем смысл закона Бойля-Мариотта?

3. Что такое универсальная газовая постоянная?

4. Закон Шарля говорит о том, что…?

5. Приведите закон Клапейрона

Общие рекомендации по содержанию отчета

 

Отчет по каждой лабораторной работе должен содержать:

а) цель работы;

б) краткое описание математической модели процесса;

в) схему экспериментальной установки;

г) результаты проведенных исследований в виде таблиц и графиков;

д) ответы на контрольные вопросы;

е) выводы: содержать краткую аннотацию 2-3 предложения по теме проведенного исследования, где отражается место работы в теории, значимость, полнота проведенного исследования и свои замечания по конкретному проведению лабораторной работы.

Отчет оформляется в отдельной тетради, в которую добавляются последующие отчеты. Отчет должен быть защищен до проведения следующей работы. Каждый отчет подписывается ведущим преподавателем, который в итоге делает заключение о допуске студента к сдаче экзамена (зачета).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. Т1 / Под ред. Григорьева В.А., Зорина В.М. М.: Энергия, 1980.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: М.: Высшая школа, 1980.

3. Новиков И.И. Термодинамика. М.: Машиностроение, 1984.

 

Редактор О.В. Есаулов

Компьютерная верстка Т.А. Бурдель

 

ИД № 06039 от 12.10.01

 

Сводный темплан 2008 г.

 

Подписано в печать 7.06.08. Формат 60х84 1/6.
Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ.л.2,0. Уч.-изд.л. 2,0.
Тираж 150. Заказ 416.

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11

Типография ОмГТУ